Введение к работе
Актуальность. Несмотря на высокий темп развития средств спутниковой, тропосферной и радиорелейной связи, характерный для последних десятилетий, во многих отраслях народного хозяйства продолжают использоваться системы радиосвязи диапазона ВЧ (далее - ВЧ связь). Существенным недостатком систем ВЧ связи является низкая энергетическая скрытность источников радиоизлучения (ИРИ), что обусловило применение в средствах связи специальных методов, снижающих возможности средств радиоперехвата по добыванию информации. Одним из таких методов является использование режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ). Однако в ряде случаев существует объективная необходимость ведения радиоперехвата, в том числе сигналов, излучаемых в этом режиме.
В настоящее время на линиях ВЧ связи режим ППРЧ используется как при излучении радиосигналов с дискретным модулирующим сигналом, так и радиосигналов с аналоговой амплитудной однополосной модуляцией и полностью подавленной несущей частотой (АОМ-ППН). Анализ основных параметров радиосигнала АОМ-ППН, излучаемого в режиме ППРЧ, (АОМ- ППН/ППРЧ) показал, что его формирование осуществляется без применения методов шифрования речи (таблица 1). Это обусловило возможность получения семантического доступа к речевым сообщениям при радиоперехвате таких сигналов. В данном случае под семантическим доступом понимается добывание информации на основе анализа смыслового содержания перехваченного речевого сообщения.
Таблица 1 - Основные параметры радиосигнала АОМ-ППН/ППРЧ
Однако достоверное понимание смыслового содержания перехваченного речевого сообщения возможно только при обеспечении требуемой разборчивости речи. Известно, что при приеме радиосигнала АОМ-ППН разборчивость речи зависит от точности настройки радиоприемного устройства (РПУ) на несущую частоту сигнала. Однако при радиоперехвате, как правило, отсутствуют априорные сведения о несущих частотах отдельных элементов радиосигнала (ОЭР) с ППРЧ, соответствующих излучению на одной частоте. Это обусловливает необходимость оценивания несущих частот при обработке ОЭР с точностью и достоверностью, обеспечивающей требуемую разборчивость речи при радиоперехвате.
Особенности частотно-временной структуры радиосигнала АОМ-ППН/ППРЧ такие, как малая длительность излучения на одной частоте и высокое подавление несущей частоты (таблица 1), не позволяют использовать существующие методы для оценивания несущих частот отдельных элементов рассматриваемого радиосигнала. Тем не менее, соответствие частотной структуры ОЭР АОМ-ППН/ППРЧ частотной структуре речевого сигнала (РС), переданного на его длительности, создает предпосылки для расчета несущей частоты на основе измеренного значения частотного параметра РС. Существующие методы измерения частотных параметров РС подробно рассмотрены в работах Л. Р. Рабинера и Дж. Д. Маркела. Однако их применение требует предварительного устранения априорной неопределенности о времени начала излучения и приближенном значении частотных границ ОЭР.
Существующие методы устранения априорной неопределенности о параметрах радиосигнала с ППРЧ, подробно рассмотренные в работах В. И. Борисова, А. И. Замарина, А. М. Рембовского, не позволяют в условиях высокой загрузки полосы пропускания (ПП) РПУ, характерной для диапазона ВЧ, достичь требуемой разборчивости речи при радиоперехвате сигналов АОМ-ППН/ППРЧ (здесь и далее под высокой загрузкой ПП РПУ понимаются значения загрузки равные или большие 35 %).
Таким образом, существует проблемная ситуация, суть которой заключается в использование режима ППРЧ при излучении радиосигналов АОМ-ППН на линиях ВЧ связи и отсутствие методов, обеспечивающих семантический доступ к речевым сообщениям при радиоперехвате таких сигналов.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является обеспечение требуемой разборчивости речи при радиоперехвате сигналов АОМ-ППН/ППРЧ в условиях высокой загрузки ПП РПУ. Для достижения цели исследований сформулирована научная задача по разработке методов, позволяющих оценить значения несущих частот отдельных элементов радиосигнала АОМ-ППН/ППРЧ в условиях высокой загрузки ПП РПУ с точностью и достоверностью, обеспечивающей семантический доступ к речевым сообщениям. В процессе исследований проведена декомпозиция научной задачи, выделены и решены следующие частные задачи:
разработка метода обнаружения радиосигналов, позволяющего в условиях высокой загрузки ПП РПУ выполнить требование к измерению частотных параметров речевого сигнала;
разработка метода оценивания несущих частот ОЭР АОМ-ППН/ППРЧ, позволяющего оценить значение несущей частоты на основе измеренного значения частотного параметра речевого сигнала с точностью и достоверностью, необходимой для достижения требуемой разборчивости речи в перехваченном сообщении;
разработка методики обеспечения семантического доступа к речевым сообщениям, позволяющей достичь требуемой разборчивости речи при радиоперехвате сигналов диапазона ВЧ с АОМ-ППН/ППРЧ на основе совместного применения разработанных методов обнаружения радиосигналов и оценивания несущих частот.
Объектом исследований являются радиосигналы АОМ-ППН/ППРЧ, предметом исследований - методы обнаружения и идентификации радиосигналов с ППРЧ, методы распознавания радиосигнала АОМ-ППН по виду модуляции, методы измерения несущей частоты, методы измерения частотных параметров речевого сигнала.
Основные методы исследования. При проведении теоретических исследований использованы положения акустической теории речеобразования, теории передачи сигналов, теории распознавания образов, теории спектрального анализа, теории вероятностей и математической статистики. Оценивание рабочих характеристик разработанных методов произведено на основе математического и имитационного моделирования. Оценивание возможности практического применения разработанных методов и методики выполнено на основе полунатурных и натурных экспериментов.
Научная новизна. В ходе исследования получены новые научные результаты, к которым относятся:
разработанные методы обнаружения радиосигналов и оценивания несущих частот, основанные на использовании результатов спектрального анализа и закономерностей в формировании речевого сигнала, позволяющие обеспечить необходимую точность и достоверность оценивания несущих частот ОЭР АОМ-ППН/ППРЧ для достижения требуемой разборчивости речи;
разработанная методика обеспечения семантического доступа, основанная на использовании разработанных методов, позволяющая достичь требуемой разборчивости речи при радиоперехвате сигналов диапазона ВЧ с АОМ-ППН/ППРЧ.
Основные положения, выносимые на защиту:
метод обнаружения радиосигналов, отличающийся использованием в качестве порога решения сглаженной оценки энергетического спектра, позволяет в условиях высокой загрузки ПП РПУ выполнить требование к измерению частотных параметров речевого сигнала;
метод оценивания несущих частот отдельных элементов радиосигнала АОМ-ППН/ППРЧ, отличающийся использованием измеренного значения первой формантной частоты речевого сигнала, позволяет обеспечить требуемую разборчивость речи в принятом сообщении;
методика обеспечения семантического доступа к речевым сообщениям, отличающаяся совместным использованием разработанных методов обнаружения радиосигналов и оценивания несущих частот, позволяет достичь требуемой разборчивости речи при радиоперехвате сигналов диапазона ВЧ с АОМ-ППН/ППРЧ.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанное на основе полученных научных результатов специальное программное обеспечение, повышает результативность добывания информации от ИРИ, использующих режим ППРЧ при излучении радиосигналов АОМ-ППН, за счет обеспечения требуемой разборчивости речи при радиоперехвате.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы при выполнении опытно-конструкторской работы «Жасмин-СПВ» и при модернизации комплекса «Патруль-М». Перечисленные работы выполняет ОАО «НИИ «Вектор»
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на 35-й военно-научной конференции во 2-м ЦНИИ МО РФ (г. Тверь, 2009 г.), 19-й межвузовской конференции в ЧВИИРЭ (г. Череповец, 2010 г.), 11-й межвузовской заочной научно-практической конференции молодых ученых в ЧГУ (г. Череповец, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК, 4 публикации в материалах конференций, 1 патент на изобретение «Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников. Она изложена на 134 страницах текста, содержит 33 рисунка, 15 таблиц и список использованных источников, включающий 102 наименования.
